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锻压/冲压/轧制设备 |
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汽车覆盖件冲压工艺编制(下) |
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工艺方案
覆盖件的冲压工艺方案编制依据是产品的生产纲领。工艺方案应保证产品的高质量、生产的高效率和降低成本。
1. 小批量生产的覆盖件冲压工艺方案
小批量生产是指月产量小于1000件，此时的生产稳定性极差，限期生产形状改变可能性大，模具选择只要求拉延和成型工序使用冲模，模具寿命在5万件。其他工序，如落料、修边可在通用设备上剪裁，翻边使用简易胎具，冲孔用通用冲孔模或钻床手工钻孔。如果过多地选用冲模，虽然对保证质量有益，但对提高生产效益并无意义，且会使成本骤增。
小批量生产的拉延模，常采用锌铝合金和HT200、HT250灰口铸铁制造，也可采用焊接骨架结构作模体，表面用环氧树脂。有些厂则常用焊接板式模，航空主机厂用铅锌模最为普遍。
小批量生产的拉延模设计原则是低费用和短周期制出。
2. 中批量生产的覆盖件冲压工艺方案
当月产量大于1000件，且小于10000件（卡车）或30000件（轿车）是被视为是中批量生产。其生产特点是比较稳定地长期生产，生产中形状改变时有发生。模具选择除要求拉延模采用冲模外，其他工序如果影响质量和劳动量大也要相应选用冲模，模具寿命要求在5万件到30万件。模具选择系统为1：2.5，亦即一个覆盖件平均选择2.5套冲模。
拉延模常用HT200、HT250灰口铸铁制造，表面火焰淬火处理。模具结构采用导板导向，机械取件，固定或气动定位毛料，壁厚中等，设计中要适当考虑合理性。
3. 大批量生产的覆盖件冲压工艺方案
当月产量大于10000件（卡车）或30000件（轿车），且小于100000件时，属于大批量生产。生产处理长期稳定状态，形状改变可能性小，工艺难易程度困难，工艺方案要为流水线提供保证，每道工序都要使用冲模，拉延、修边冲孔和翻边模同时安装在一条冲压线上，工序间的流转，50年代基本是人工送料和取件，工业化国家实现机械化和自动化，60年代以后开始进入全自动化时期。多工位压床的出现，更加提高了生产效率和工件质量。
在冲压生产线上，一般都配有各种送料装置、取件装置、翻转装置、废料排除装置和传送带。与早期的由压力机驱动的同步冲压生产线不同，现代 的冲压生产线自动化系统，机器人实际上控制关冲压生产线。压力机以单次行程规范工作，由自动化系统控制着生产线上各台压力机在什么时候冲压和各工序间的工件运动。从整条生产线上传出的工件是按一定的节拍连续不断地运动，从而明显地提高了生产产量。该系统还可以保证工件表面的高质量要求，大幅度减少压力操作人员，解决了安全及下料的难题，最大限度地提高了设备利用率。
大批量生产的冲模选择系数一般为1：4以上，冲模结构要求功能齐全，对于容易损坏的模具，不但要求快速更换易损冲头，而且要制造备模，以使模具修复时冲压生产线照常运转。
拉延件设计
1. 拉延件的冲压方向
覆盖件的拉延件设计，首要是确定冲压方向。确定拉延冲压方向，应满足如下几方面的要求。
（1）保证拉延件凸模能够顺利进入拉延凹模，不应出现凸模接触不到的死区，所有需拉延的部位要在一次冲压中完成。
（2）拉延开始时，凸模和毛料的接触面积要大，避免点接触，接触部位应处于冲模中心，以保证成型时材料不致窜动。
（3）压料应尽量保证毛料平放，压料面各部位进料阻力应均匀。拉延深度均匀，拉入角相等，才能有效地保证进料阻力均匀。
图5（a）中凸模两侧的拉入角心可能作到基本一致，使两侧进料阻力保持均衡。凸模表面同时接触毛料和点要多而分散，并尽可能分布均匀，防止成型过程中毛料窜动，如图5（b）所示。当凸模和毛料为点接触时，应适当增加接触面积，如图5（c）所示，以防止应力集中造成局部破裂。
图5 冲压方向的选择
如果有反成型，且反成型有直壁部分，则冲压方向实际由反成型的位置决定。
当冲压方向和覆盖件在汽车上的坐标关系完全一致时，则覆盖件各点的坐标数值可以直接用在模具上。当冲压方向和覆盖件在汽车上的坐标关系有改变时，则覆盖件各点的坐标数值应该进行转换计算方可用在模具上。如果只改变一个坐标线时，且拉延方向是以垂直于覆盖件对称面的轴进行旋转来确定的，则平行于对称面的坐标是不需转换计算的。可见，冲压方向和汽车坐标完全一致，能够带来很多方便。
2. 压料面的确定
覆盖件拉延成形的压料面形状是保证拉延过程中材料下破不裂和顺利成型的首要条件，确定压料面形状应满足如下要求。
（1）有利于降低拉延深度。平压料面夺料效果最佳（见图6），但为了降低拉延深度，常使压料面形成一定的倾斜角。
图6 拉延模的压料面
1—凸模 2—凹模 3—压料圈
（2）压料面应保证凸模对毛料有一定程度的拉延效应。压料圈和凸模的形状应保持一定的几何关系，使毛料在拉延过程中始终处于紧张状态，并能平稳渐次地紧帖凸模，不允许有多余的产生皱纹。为此，必须满足下列条件（见图7，图8）。
图7 压料面展开长度比凸模表面展开长度短
图8 压料面形状（前围外盖板）
l＞l1 β＞α
式中 l——凸模展开长度；
l1——压料面展开长度；
α——凸模表面夹角；
β——压料面表面夹角。
还要注意有些拉延件虽然压料面展开长度比凸模短，但在拉延过程中，每一瞬间这种关系不能维持，发生压料面展开长度比凸模长的瞬间，就会形成皱纹，并最后留在拉延件上而无法消除（见图9）。
图9 凸模从开始拉延到最后的过程中，
四个瞬间位置形成皱纹的情况
（3）压料面平滑光顺有利于毛料往凹模型腔内流动。压料面上不得有局部的鼓包、凹坑和下陷。如果压料面是覆盖件本身的凸缘上有凸起和下陷时，应增加整形工序。压料面和冲压方向的夹角大于90º，会增加进料阻力，也是不可取的。
平面夺料面不但有利于成型，而且加工也容易，应尽量采用。单曲率压料面和双曲率压料面多用在拉延深度较深的拉延模。
3. 工艺补充部分设计
为了给覆盖件创造一个良好的拉延条件，需要将覆盖件上的窗口填平，开口部分连接成封闭形状，有凸缘的需要平顺改造使之成为有利成型的压料面，无凸缘的需要增补压料面，这些增添的部分称为工艺补充部分。
工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分，拉延后又需要将它们修切掉，所以工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。
工艺补充部分除考虑拉延工艺和压料面的需要外，还要考虑修边和翻边工序的要求，修边方向应尽量采取垂直修边。可能采用的几种修边型式如下。
图10 工艺补充部分的几种况
（1）修边线在拉延件压料面上，如图10（a）所示。此时压料面应是覆盖件的凸缘面，修边采取垂直修边。为了在模具使用中打磨压料筋槽不致影响修边线，修边线至拉延筋的距离A一般取25mm。
（2）修边线在拉延件底面上，如图10（b）所示。采用垂直修边，工艺补充尺寸一般取：
B＝3～5mm；
C＝10～20mm；
D——按保留有多于1.5根完整拉延筋形状考虑。
R凸＝3～10mm，深度浅和直线部分取下限，深度深和曲线部分取上限；
R凹＝8～10mm。
（3）修边线在拉延件短斜面上，如图10（c）所示。采用垂直修边，工艺补充尺寸一般取：
E＝B＝3～5mm；
α≥5º。
（4）修边线在拉延件长斜面上，如图10（d）所示。垂直修边，修边线是按覆盖件翻边展开确定的，所以拉延轮廓外形不能完全平行修边线，图中F是变化的，不同情况取不同最小值，F还和拉延件在修边时的定位有关，如图11所示。一般取：
F≥8mm（用拉延槛定位）；
F＝3～5mm（用侧壁定位）；
β＝6º～12º。
（5）修边线在拉延件侧壁上，如图10（e）所示。采用水平修边或倾斜修边，修边线至凹模圆角半径的距离G是一个变量，它决定水平修边凹模镶块的强度。
图12所示为水平修边和倾斜修边示意图。修边凹模镶块的刃口宽度b一般取12mm，α角取30º，b局部最小尺寸不小于8mm，α最小为15º。
图11 拉延件在修边时的定位
图12 水平修边和倾斜修边示意图
4. 工艺孔及工艺切口
覆盖件需要局部反拉延时，如果采用加工该部圆角和使侧壁成斜度的办法，仍然拉不出所需深度时，往往采取冲工艺切口的办法来改善反拉延的条件，使反拉延变形区从内部工艺补充部分得到补充材料。
工艺孔或工艺切口必须在修边线之外的多余材料上，修边时不应影响工件的形状。
（1）工艺孔。工艺孔在拉延前预先冲制，一般和落料工序合并，采取落料冲孔复合模。工艺孔的数量、尺寸大小和位置需要由拉延模试冲确定，见图1-13。
图13 预冲工艺孔拉延车门外板
（2）工艺切口。工艺切口一般在拉延过程中切出，废料不分离，和拉延件一起退出模具。工艺切口的最佳冲制时间是在反拉延成型到最深，即将产生破裂的时刻，这样可以充分利用材料的塑性，使反拉延成型最需要材料补充的时候能够获得所需要的材料（见图1-14）。工艺切口也要由试冲决定。
图14 窗口反拉延、切两个工艺孔
5. 拉延筋和拉延槛
覆盖件拉延成型时，在压料面上敷设拉延筋或拉延槛，对改变阻力，调整进料速度使之均匀化和防止起皱具有明显的效果。归纳起来敷设拉延筋的主要作用有如下几点。
（1）增加局部区域的进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平衡状态。
（2）加大拉延成型的内应力数值，提高覆盖件的刚性。
（3）加大径向拉应力，减少切向压应力；延缓或防止起皱。
拉延筋和拉延槛的形状见图1-15。拉延筋的断面形状为半圆形，一般取筋半径R＝12～18mm，筋高h＝5～7mm（钢件）或3～5mm（铝合金件）。拉延筋的凹槽一般不和工件吻合，通过修整凹槽的宽度来改变进料阻力。拉延槛的阻力更大，它多用在深度浅的拉延件上。
图15 拉延筋和拉延槛
a 拉延筋； b 拉延槛
拉延筋和拉延槛的敷设原则如下。
（1）拉延件有圆角和直线部分，在直线部分敷设拉延筋，使进料速度达到平衡。
（2）拉延件有直线部分，在深度浅的直线部分敷设拉延筋，深度深的直线部分不设拉延筋。
（3）浅拉延件，圆角和直线部分均敷设拉延筋，但圆角部分只敷设一条筋，直线部分敷设1～3条筋。当有多条拉延筋时，注意使外圈拉延筋“松”些，内圈拉延筋“紧些”，改变拉延筋高度可达到此目的。
（4）拉延件轮廓呈凸凹曲线形状，在凸曲线部分设较宽拉延筋，凹曲线部分不设拉延筋。
（5）拉延筋或拉延槛尽量靠近凹模圆角，可增加材料利用率和减少模具外廓尺寸，但要考虑不要影响修边模的强度。
拉延件与修边件、翻边件的关系
拉延件设计时要考虑到同修边件、翻边件的关系是冲模成套性的关键。其主要内容是在设计拉延件工艺补充部分时，要考虑修边件的修边方向，修边和翻边时的定位等。
1. 覆盖件的展开
覆盖件的翻边展开不但要有利于拉延，而且要有利于修边和翻边，即尽量造成垂直修边的条件，并使翻边容易进行。图16（a）、（b）、（c）所示覆盖件展开后能垂直修边，图16（d）、（e）所示为水平修边，图16（f）所示为倾斜修边。垂直修边时，翻边展开面与垂直面的夹角应大于50º，否则会使修边刃口过钝，修边边缘过尖，从而影响覆盖件质量。
图16 覆盖件翻边展开与修边、翻边方向
2. 定位关系
拉延件在修边及其以后各工序的定位，必须在确定拉延件时一起考虑。拉延件在修边时的定位有以下三种情况。
（1）用拉延件侧壁形状定位。这多数是空间曲面变化大的覆盖件，其外形可满足定位的要求。
（2）用拉延槛形状定位。这多为曲面变化小的浅拉延件。
（3）用工艺孔定位。该工艺孔在拉延成型时冲出，由于操作麻烦，尽量少用。
修边以后各工序的定位，一般都采用覆盖件本身的孔、侧壁形状或外形定位。
3. 冲压方向
各工序冲模的冲压方向尽量一致，不仅能减少工序间的工件翻转次数，而且能减少改制主模型的准备工作，从而提高工件质量和缩短制模周期。(end)
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(10/24/2004) |
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